CN1696040A - 一种电梯平衡系数的测量方法 - Google Patents

Abstract

一种电梯平衡系数的测量方法，本发明采用的是无砝码载荷测试方法，包括传感器检测信号的采集和对其进行处理。分别在轿厢端和对重端，用钢丝绳测量装置两端的绳钩勾住竖直的钢丝绳，顺时针旋转螺旋推进器将传感器顶进，此时传感器有一个检测信号输出，通过数据采集器进行信号处理，上位机及软件对传输来的数据进行处理，推导出轿厢和对重的重量，通过电梯平衡系数的力学基本公式计算出电梯平衡系数，由打印机打印出测试报告。本发明突破了传统电梯平衡系数测试的原理和思路，提供了一个全新的思路和发展方向，减轻了测试人员的劳动强度，缩短了测试时间，提高了工作效率。

Description

一种电梯平衡系数的测量方法

技术领域  本发明涉及电梯检测领域，特别涉及一种电梯平衡系数的测量方法。

背景技术  众所周知，当电梯的轿厢及载荷与对重处于完全平衡状态时，曳引力只需克服钢丝绳同曳引轮之间的静压摩擦力，电梯就能轻松自如地运行。此时，电梯运行的平稳性、平层的准确度等均处于最佳状态，舒适、安全、可靠并有利于节约能耗和延长各部件的使用寿命，因此，电梯平衡系数的选取应尽量使电梯能接近最佳工作状态。电梯的平衡系数应为40％～50％之间为合格，如果电梯平衡系数选择不当，不仅影响电梯系统消耗的功率和平层准确度，也是造成电梯冲顶、撞底的重要原因之一。

电梯平衡系数是电梯重要的特性参数之一，也是电梯验收检验、监督检验的必检项目。目前国家标准GB/T10059-1997《电梯实验方法》和国家质检总局《电梯监督检验规程》中对电梯平衡系数求得的方法和要求都有明确的说明。在《电梯监督检验规程》中规定的方法为轿厢分别承载0、25％、50％、75％、100％的额定载荷，进行沿全程直驶运行试验，分别记录轿厢上下行至与对重同一水平面时的电流、电压或速度值。对于交流电动机通过电流测量并结合速度测量，做电流-载荷曲线或速度-载荷曲线，以上、下运行曲线交点确定电梯平衡系数，电流应用钳型电流表从交流电动机输入端测量。对于直流电动机通过电流测量并结合电压测量，做电流-载荷曲线或电压-载荷曲线，确定电梯平衡系数。在国标中规定的方法与检规中的方法基本相同，只是多了40％、110％额定载荷时的两种工况。

经网上查新，安徽省合肥工业大学  申请(专利)号98250765.8发明名称：电梯平衡系数自动测量仪。

该实用新型涉及一种测量电梯平衡系统的仪器，它是利用霍尔传感器自动捕捉电梯轿厢与对重绳头过同一水平面的时刻，从而实现了相关参数的自动采集，并成功的利用数学模块，实现了对参数—载荷变化曲线的描述和平衡系数的联立方程的求解，达到完全排除人工干预，提高了测量的精度和效率。

其技术特征：包括绳头过同一水平面时刻监测通道，交流电流测量通道，直流电压测量通道，电梯曳引轮盘侧面设置一只永久磁钢，软管支架上装设二只霍尔传感器，交流电流的测量通道由袖珍数字式钳形表引出霍尔信号并送入AC电流A/D通道，读出数据并加以存贮，通过软件示教程序，计算机自动识别轿厢运行的方向及到达上、下测量端站转数，由参数测量通道进行数据同步采集；采集获得的信号经接口界面调理后送入微处理器CPU，经A/D转换读入计算机并存贮和处理，由数学模块实现载荷——参量曲线的描述并求解出载荷系数——电梯平衡系数。

该专利的不足之处是：该专利其基本测试原理仍然采用传统的测试方法，即轿厢分别承载0、25％、50％、75％、100％的额定载荷，进行沿全程直驶运行试验，分别记录轿厢上下行至与对重同一水平面时的电流、电压或速度值。对于交流电动机通过电流测量并结合速度测量，做电流-载荷曲线或速度-载荷曲线，以上、下运行曲线交点确定平衡系数。电流应用钳型电流表从交流电动机输入端测量。对于直流电动机通过电流测量并结合电压测量，做电流-载荷曲线或电压-载荷曲线，确定平衡系数。由于使用砝码进行多次载荷实验，带来了装卸的工作量和花费测试时间。

其专利仅是将原方法中需人工读取的电流、电压或速度值变成仪器自动读取，原方法中需人工判断平衡点和人工绘制相应图谱曲线改由仪器自动判断和绘图。

发明内容  为有效地弥补目前通用做法的不足，提高电梯平衡系数的测试精度，本发明的目的是实现一种电梯平衡系数的测量方法，即一种无载荷测试电梯平衡系数的方法，分别在轿厢端和对重端，用钢丝绳测量装置两端的绳钩勾住竖直的钢丝绳，顺时针旋转螺旋推进器将传感器推进，使传感器有一个检测信号输出，通过数据采集器进行信号处理，上位机系统对传输来的数据进行智能化筛选、分析、计算、处理，推导出轿厢重量和对重重量，然后通过电梯平衡系数的力学基本公式计算出电梯平衡系数。

本发明的技术方案是：一种电梯平衡系数的测量方法，包括传感器检测信号的采集和对其进行处理，其特征在于：

测量开始时首先设置数据采集器，根据采集传感器检测的对象选择要进行的操作，是测量轿箱端钢丝绳张力或者是测量对重端钢丝绳张力或者是标定装置，并根据现场电梯情况设定钢丝绳的根数、直径以及同一根钢丝绳的测量点数，钢丝绳张力测量装置能够在钢丝绳横截面上按水平方向任意角度旋转，按角度平均分若干点测量，把由于钢丝绳横截面不圆造成的误差降低到最小。

将轿箱、对重打至平层位置，用钢丝绳的张力测量装置两侧对称的绳钩勾住竖直的钢丝绳，顺时针旋转中部的螺旋推进器把钢丝绳张力测量装置安装在张力已调匀的钢丝绳上，在钢丝绳张力测量装置的三端与待测钢丝绳接触的基础上，继续顺时针旋转中部的螺旋推进器将中端带有高阻抗丝栅应变片测量电桥的传感器的一端向待测钢丝绳方向推进到限定位置，此时，传感器有一个检测信号输出，钢丝绳张力大，输出的检测信号高。

对检测信号进行数据处理：对转换成数字量的数据进行处理，即对于张力的数据，按大小排序，在舍去头尾各四次的数据后，求其均值和求其方差。

数据采集器接收通过电缆传输来的传感器的检测信号，然后由放大器对该检测信号进行整形、滤波、限幅放大，再经A/D变换电路将其转换成数字量，送LCD显示器显示并由闪存储存，单片机扫描键盘，并执行编写好的内部固化程序，分别对测试对重、轿厢、标定得到的数据分类和自动储存，数据采集器采集的检测数据在测试结束后通过USB接口向上位机系统传输。

上位机及软件(20)对传来的数据进行分析，由模糊数学的理论判断出异常数据，经确认和识别后剔除，同时根据经验公式和概率论的方法进行重新赋值，数据处理完后按电梯平衡系数的基本力学定义和模糊修正量进行分析、处理，得到电梯平衡系数。

对检测信号进行处理：通过钢丝绳张力测量装置测得轿厢端和对重端钢丝绳的张力，推导出轿厢重量和对重重量，通过电梯平衡系数的力学基本公式计算出电梯平衡系数K平。

电梯平衡系数计算的数学表达式为：    K_平＝(W₁-W)/Q

其中：Q：电梯额定载荷(kg)；

      W：轿厢重量(kg)；

      W₁：对重重量(kg)；

      K_平：电梯平衡系数；

电梯平衡系数的测量方法具体流程是：

①、用电梯钢丝绳张力测量装置分别测量轿厢端和对重端的每根钢丝绳的张力，当钢丝绳的张力均匀度误差超过±5％时，用电梯钢丝绳的张力测量装置在线测量调整，把张力大的钢丝绳调松，把张力小的钢丝绳调紧，使其均匀度误差在±5％以内；

②、测量轿厢端中每一根钢丝绳的张力，在键盘上按下记录确认键，此时数据采集器采集到的数据送LCD显示器显示并由闪存储存；

③、在轿厢上加入重量已知的实体再测试每一根钢丝绳的张力并按下键盘上的记录确认键，此时数据采集器采集到的数据送LCD显示器显示并由闪存储存；

④、测量对重端的每一根钢丝绳的张力，并按下数据采集器的键盘上的记录确认键，此时数据采集器采集到的数据送LCD显示器显示并由闪存储存；

⑤、用USB连线联接数据采集器和上位机系统，打开软件、输入已知实体的重量值和电梯额定负载值，将处理后的数据发送至计算机的输出装置，电梯平衡系数的测量结果则在上位机上显示出来。

所述传感器的给进长度可调，使得传感器适应测量φ8～φ13mm直径的钢丝绳。

所述螺旋推进器采用大螺距螺纹，以提高测量时的推进速度并保证螺纹的中心轴线和传感器的中轴线重合，螺旋推进器将传感器推进12～15mm的距离。

所述检测信号为单根钢丝绳的检测信号或分类存储的多根钢丝绳的检测信号。

所述钢丝绳张力测量装置上两侧对称的绳钩的间距为412mm。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用的是无砝码载荷测试方法，即通过测量电梯钢丝绳张紧力来精确计算出电梯轿厢和对重的重量，根据电梯平衡系数的基本力学公式得出准确的平衡系数值，该方法突破了传统电梯平衡系数测试的原理和思路，并经实验(在国家实验室深圳市特种设备质量安全检测所用本方法与传统的电流法进行比对，见具体实施方式中的对比试验。)证明有较好的测试效果。

2、本发明由于采用了基础力学基本定义的方法测试，排除了间接测试带来的误差，使测试更准确。而传统的电流法则是通过测量曳引电动机定子电流来间接达到近似测量电动机的输出功率，存在着较多的误差因素。

3、由于本方法不再使用砝码进行多次载荷实验，从而避免了传统测试方法中110％额定载重量砝码的运输、装卸的工作量和花费的时间，大大减轻了测试人员的劳动强度、缩短了测试时间、提高了工作效率。

4、本发明采用了智能控制技术，应用了模糊数学、概率论、数理方程等多种数学工具，对数据的分析处理更具先进性，合理性，测试结果更接近真值。排除了传统测试方法中在电流-载荷曲线的绘制、平衡点时间的确定及该时间点上电流(电压)值的准确读取等方面由于人为因素所带来的误差。

5、本发明的钢丝绳张力测量装置中的传感器在设计和选用材料时都注重了轻型和小型化，在测量中，装置的重量对电梯系统的影响可忽略不计。

6、本发明还可以现场测试电梯的多根钢丝绳的张力均匀度，是在线调整钢丝绳受力均匀要求的一种有效工具。

附图说明

图1为本发明的电梯平衡系数检测方法示意图；

图2钢丝绳张力测量装置结构图；

图3数据采集器方框图；

图4上位机系统方框图；

图5钢丝绳张力测量装置在线检测示意图。

具体实施方式：

在图1和图2中，钢丝绳张力测量装置10包括传感器1、绳钩2、螺旋推进器3、导杆4、螺孔基座5、过渡块6、弹簧7、钢丝绳8、电缆9、数据采集器19。

钢丝绳张力测量装置10基体采用铝合金材料，使其重量轻，在设计和选用材料时都注重了轻型和小型化，在测量中，装置的重量对电梯系统的影响可忽略不计。

其中传感器1采用环型拉压力结构，固定在呈水平设置的导杆的杆端，选用弹性好、蠕变小的合金钢作基体材料，成型后再经热处理和表面处理，在圆环中部位置应变好、抗偏能力强处粘贴高阻抗丝栅应变片，构成测量电桥，使之具有较高的抗偏性能。传感器1的给进长度可调，使得传感器1适应于测量φ8～φ13mm直径的钢丝绳。过载能力为150％，重复性、线性好。

与钢丝绳8相连接的两只绳钩2对称地分布在螺旋推进器3的中轴线的两端，绳钩2的设计大小可变换，以适应测量不同直径的钢丝绳。

绳钩2的头部采用硬质合金材料制成，与钢丝绳8接触部位进行了热处理和表面处理，减少与钢丝绳8的摩擦力，具有耐久性不变形。

螺旋推进器3采用大螺距螺纹，以提高测量时的推进速度并保证螺纹的中轴线和传感器1的中轴线重合。

螺孔基座5固定在基体上，两根导杆4插入螺孔基座5的孔中，过渡块6、传感器1都在导杆4限制的范围内往复移动，移动的推力来自螺旋推进器3。

弹簧7的作用是使螺旋推进器3的移动与传感器1同步移动。

在图3中，数据采集器19以单片机15为核心，其外围电路包括接受检测信号的放大电路11、A/D变换电路12、LCD显示器13、闪存14、键盘16、电源17、以及USB接口18。

数据采集器19是对传感器的输出信号进行采样、存储、分析和传输。带有薄膜面板按键和液晶显示屏，可进行相关参数的输入和选择，菜单和数据的显示。采用MCS51单片机系统，A/D变换器，USB接口，A/D变换器使用的是MAX186，为8路12位采样精度。微处理器芯片是P89C58，其内部有32k程序存储器。通过USB接口芯片PDIUSBD12与上位机系统22通讯，传输数据。

所述的数据采集器19接收电缆9传输来的检测信号由放大器11对检测信号进行整形、滤波、限幅放大，A/D变换电路12将其转换成数字量，送LCD显示器13显示并由闪存14储存，单片机15扫描键盘16，并执行编写好的内部固化程序，分别测试对重、轿厢、标定的得到的数据分类和自动储存，电源17向数据采集器19供给电能及向传感器1供电，USB接口18是一种与上位机及软件20通讯的串行协议接口，数据采集器19采集的数据在测试结束后通过USB接口18向上位机系统22传输。

在图4中，上位机系统22包括上位机及软件20和打印机21，上位机及软件20与数据采集器19的USB接口18用USB联线连接，进行数据通讯。数据采集器传上来数据是按照轿厢、对重和标定来分为三个组别的，分别对这三个别的数据进行比较，按照贝叶斯决策理论中的最小错误率的贝叶斯决策方法判断出异常数据，经过确认和剔除后得到有效采样数据，然后根据钢丝绳直径、楼层高度、电梯运行速度、电梯的额定负载值等方面的因素选择相应的经验参数k(k为0.75-1.25之间的某一值)对有效采样数据进行加权(即将有效采样数据乘上经验参数k)处理，分别得到最终的轿厢、对重和标定三个组别的采样值。然后用标定质量除以标定采样值确定的比例系数，把这个系数分别乘以轿厢23和对重25采样值就可以得到轿厢重量W，对重重量W1，最后根据电梯平衡系数计算数学表达式K平＝(W1-W)/Q进行计算，电梯平衡系数结果显示在上位机及软件20上，同时由打印程序按规定的格式打印出测试报告。

在图5中，曳引电机24作为电梯升降的动力，轿厢23的重量为W，它由三根钢丝绳分担，分别受到的张力为W1、W2、W3，同样对重25的重量P也由P1、P2、P3分担，假定该电梯的额定载荷Q＝800kgf，下面给出按电梯平衡系数基本力学定义的计算示例：

W₁＝296kgf、W₂＝307kgf、W₃＝301kgf、则：

W＝W₁+W₂+W₃＝904kgf同理：

P₁＝580kgf、P₂＝591kgf、P₃＝578kgf、则：

P＝P₁+P₂+P₃＝1749kgf

K＝(P-W)/Q＝(1749-904)/800＝45％

实施例：电梯平衡系数测量方法的具体流程是：

①、用电梯钢丝绳张力测量装置分别测量轿厢端和对重端的每根钢丝绳的张力，当钢丝绳的张力均匀度误差超过±5％时，用电梯钢丝绳的张力测量装置在线测量调整，把张力大的钢丝绳调松，把张力小的钢丝绳调紧，使其均匀度误差在±5％以内；

②、测量轿厢端中每一根钢丝绳的张力，在键盘上按下记录确认键，此时数据采集器采集到的数据送LCD显示器显示并由闪存储存；

③、在轿厢上加入重量已知的实体再测试每一根钢丝绳的张力并按下键盘上的记录确认键，此时数据采集器采集到的数据送LCD显示器显示并由闪存储存；

④、测量对重端的每一根钢丝绳的张力，并按下数据采集器的键盘上的记录确认键，此时数据采集器采集到的数据送LCD显示器显示并由闪存储存；

⑤、用USB连线联接数据采集器和上位机系统，打开软件、输入已知实体的重量值和电梯额定负载值，将处理后的数据发送至计算机的输出装置，电梯平衡系数的测量结果则在上位机上显示出来；

⑥、接通打印机21，在软件界面上单击“打印”钮，测试报告将按规定的格式打印出来。

对比实验：在国家实验室深圳市特种设备质量安全检测所用本方法与传统的电流法进行比对，采用两种方法，对同一台电梯的平衡系数进行检测：

1.使用智能测试仪的检测方法；

2.采用《电梯监督检验规程》中规定的电流法。

被检测电梯的主要参数：

电梯型号：X021VF；电梯类型：乘客电梯；额定载重量：800kg；

额定速度：1.75m/s；站数：18层/18站。

检测结果：

1.使用智能测试仪检测结果：轿厢重量1316kg，对重重量1703kg，检测用时20min，平衡系数48.4％。

2.采用电流法检测结果：

结果分析：

使用智能测试仪的检测结果与电流法仅相差0.4％，两者非常接近。证明有较好的测试效果，从而为电梯平衡系数的测试方法的研究和发展提供了一个全新的思路和可能的发展方向。

Claims (5)

1.一种电梯平衡系数的测量方法，包括传感器(1)检测信号的采集和对其进行处理，其特征在于：

1.1、测量开始时首先设置数据采集器(19)，根据采集传感器(1)检测的对象选择要进行的操作是测量轿箱(23)端钢丝绳(8)张力或者是测量对重(25)端钢丝绳(8)张力或者是标定装置，并根据现场电梯情况设定钢丝绳(8)的根数、直径以及同一根钢丝绳(8)的测量点数，钢丝绳张力测量装置(10)能够在钢丝绳(8)横截面上按水平方向任意角度旋转，按角度平均分若干点测量，把由于钢丝绳(8)横截面不圆造成的误差降低到最小；

将轿箱(23)、对重(25)打至平层位置，用钢丝绳的张力测量装置(10)两侧对称的绳钩(2)勾住竖直的钢丝绳(8)，顺时针旋转中部的螺旋推进器(3)把钢丝绳张力测量装置(10)安装在张力已调匀的钢丝绳(8)上，在钢丝绳张力测量装置(10)的三端与待测钢丝绳(8)接触的基础上，继续顺时针旋转中部的螺旋推进器(3)将中端带有高阻抗丝栅应变片测量电桥的传感器(1)的一端向待测钢丝绳(8)方向推进到限定位置，此时，传感器(1)有一个检测信号输出，钢丝绳(8)张力大，输出的检测信号高；

1.2、对检测信号进行数据处理：对转换成数字量的数据进行处理，即对于张力的数据，按大小排序，在舍去头尾各四次的数据后，求其均值和求其方差；

数据采集器(19)接收通过电缆(9)传输来的传感器(1)的检测信号，然后由放大器(11)对该检测信号进行整形、滤波、限幅放大，再经A/D变换电路(12)将其转换成数字量，送LCD显示器(13)显示并由闪存(14)储存，单片机(15)扫描键盘(16)，并执行编写好的内部固化程序，分别对测试对重(23)、轿厢(25)、标定得到的数据分类和自动储存，数据采集器(19)采集的检测数据在测试结束后通过USB接口(18)向上位机系统(22)传输；

上位机及软件(20)对传来的数据进行分析，由模糊数学的理论判断出异常数据，经确认和识别后剔除，同时根据经验公式和概率论的方法进行重新赋值，数据处理完后按电梯平衡系数的基本力学定义和模糊修正量进行分析、处理，得到电梯平衡系数；

1.3、对检测信号进行处理：通过钢丝绳张力测量装置(10)测得轿厢(23)端和对重(25)端钢丝绳的张力，推导出轿厢重量和对重重量，通过电梯平衡系数的力学基本公式计算出电梯平衡系数K_平；

电梯平衡系数计算的数学表达式为：K_平＝(W₁-W)/Q

其中：Q：电梯额定载荷(kg)；

      W：轿厢重量(kg)；

      W₁：对重重量(kg)；

      K_平：电梯平衡系数；

1.4、电梯平衡系数的测量方法具体流程是：

①、用电梯钢丝绳张力测量装置(10)分别测量轿厢(23)端和对重(25)端的每根钢丝绳的张力，当钢丝绳的张力均匀度误差超过±5％时，用电梯钢丝绳的张力测量装置(10)在线测量调整，把张力大的钢丝绳(8)调松，把张力小的钢丝绳(8)调紧，使其均匀度误差在±5％以内；

②、测量轿厢(23)端中每一根钢丝绳(8)的张力，在键盘(16)上按下记录确认键，此时数据采集器(19)采集到的数据送LCD显示器(13)显示并由闪存(14)储存；

③、在轿厢(23)上加入重量已知的实体再测试每一根钢丝绳的张力并按下键盘(16)上的记录确认键，此时数据采集器(19)采集到的数据送LCD显示器(13)显示并由闪存(14)储存；

④、测量对重(25)端的每一根钢丝绳的张力，并按下数据采集器(19)的键盘(16)上的记录确认键，此时数据采集器(19)采集到的数据送LCD显示器(13)显示并由闪存(14)储存；

⑤、用USB连线联接数据采集器(19)和上位机系统(22)，打开软件、输入已知实体的重量值和电梯额定负载值，将处理后的数据发送至计算机的输出装置，电梯平衡系数的测量结果则在上位机及软件(20)上显示出来。

2、根据权利要求1所述一种电梯平衡系数的测量方法，其特征在于：所述传感器(1)的给进长度可调，使得传感器(1)适应测量φ8～φ13直径的钢丝绳(8)。

3、根据权利要求1所述一种电梯平衡系数的测量方法，其特征在于：所述螺旋推进器(3)采用大螺距螺纹，以提高测量时的推进速度并保证螺纹的中心轴线和传感器(1)的中轴线重合，螺旋推进器(3)将传感器(1)推进12～15mm的距离。

4、根据权利要求1所述一种电梯平衡系数的测量方法，其特征在于：所述检测信号为单根钢丝绳(8)的检测信号或分类存储的多根钢丝绳(8)的检测信号。

5、根据权利要求1所述一种电梯平衡系数的测量方法，其特征在于：所述钢丝绳张力测量装置(10)上两侧对称的绳钩(2)的间距为412mm。

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